Превращения низкосортных топлив в сверхкритических водных флюидах

• Автор: Федяева, Оксана Николаевна
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 256 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕВРАЩЕНИЙ ТОПЛИВ В СУБ- И СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ

1.1. Физико-химические свойства суб- и сверхкритической воды

1.2. Превращения органических веществ в суб- и сверхкритической воде

1.3. Превращения углей в суб- и сверхкритической воде

1.4. Структура органической массы углей и методы ее исследования

1.5. Утилизация осадка канализационных стоков в сверхкритической воде

1.6. Превращения битумов в сверхкритической воде

1.7. Гидрирование топлив в сверхкритической воде

1.8. Окисление металлов водяным паром и сверхкритической водой

ГЛАВА 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. ТЕХНИКА И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
2.1. Характеристика объектов исследования
2.1.1. Характеристика топлив
2.1.2. Характеристика металлических образцов
2.1.3. Характеристика растворителей
2.2. Методики и техника экспериментов
2.2.1. Методики исследования превращений липтобиолитового угля в сверхкритической воде и тетралине
2.2.2. Методики исследования превращений бурых углей
2.2.2.1. Методика исследования превращений бурых углей при напуске-сбросе реактантов
2.2.2.2. Методика исследования превращений бурых углей при подаче водоугольной суспензии
2.2.3. Методика исследования превращений осадка канализационных стоков
2.2.4. Методика исследования превращений топлив без и при добавлении металлов
2.2.5. Методика исследования окисления металлов
2.3. Анализ продуктов превращений
2.3.1. Технический, элементный и термогравиметрический анализы
2.3.2. Анализ летучих продуктов
2.3.3. Выделение и разделение жидких продуктов

2.3.4. Определение молекулярной массы смол и асфальтенов
2.3.5. ИК-спектроскопия
2.3.6. Спектроскопия ЯМР 'Н и |3С
2.3.7. Газожидкостная хроматография и хромато-масс-спектрометрия масел
2.3.8. Определение удельной поверхности
2.3.9. Рентгенодифракционный анализ и электронная микроскопия
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ ЛИПТОБИОЛИТОВОГО УГЛЯ
В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ И ТЕТРАЛИНЕ
3.1. Превращения липтобиолитового угля в тетралине
3.1.1. Выход продуктов
3.1.2. Состав жидких продуктов
3.1.3. Структурная модель макромолекулярной матрицы липтобиолитового угля.. 5
3.2. Превращения липтобиолитового угля в сверхкритической воде
3.2.1. Состав летучих продуктов
3.2.2. Состав жидких продуктов
3.2.3. Кинетика превращений
3.3. Сравнительный анализ конверсии угля в различных растворителях
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЙ БУРЫХ УГЛЕЙ И ОСАДКА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОКОВ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ
4.1. Превращения бурого угля при напуске-сбросе реактантов
4.1.1. Летучие продукты
4.1.2. Жидкие продукты
4.1.3. Эффекты облагораживания бурого угля
4.2. Превращения бурого угля при подаче водоугольной суспензии
4.2.1. Продукты низкотемпературной динамической конверсии
4.2.2. Продукты высокотемпературной динамической конверсии
4.2.3. Продукты совместной динамической и статической конверсии
4.3. Окисление остатка угля в потоке С К В/О 2 и СКВ/МН4ТгО; флюидов
4.4. Превращения осадка канализационных стоков
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ОКИСЛЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ВОДЯНЫМ ПАРОМ, СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДОЙ И ЭФФЕКТОВ ДОБАВЛЕНИЯ С
5.1. Окисление алюминия
5.2. Окисление циркония
5.3. Окисление цинка
5.4. Окисление железа
5.5. Окисление вольфрама
ГЛАВА 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК ЦИНКА И АЛЮМИНИЯ
НА ПРЕВРАЩЕНИЯ БИТУМА, АСФАЛЬТИТА И ЛИПТОБИОЛИТОВОГО УГЛЯ В СВЕРХКРИТИЧЕСКОЙ ВОДЕ
6.1. Превращения битума в сверхкритической воде и влияние добавок металлов
6.1.1. Превращения битума без добавления металлов
6.1.2. Превращения битума при добавлении цинка
6.1.3. Превращения битума при добавлении алюминия
6.1.4. Энергетические аспекты конверсии битума при добавлении металлов
6.2. Сульфидирование цинка сверхкритическими флюидами H2S и H2S/H
6.3. Превращения асфальтита в сверхкритической воде и влияние добавок металлов
6.3.1. Продукты пиролиза
6.3.2. Выход продуктов превращений в сверхкритической воде
6.3.3. Летучие продукты
6.3.4. Жидкие продукты
6.3.4.1. Элементный состав продуктов
6.3.4.2. Результаты ИК и ЯМР 'Н спектроскопии
6.3.4.3. Результаты ГХ-МС масел
6.4. Влияние добавок цинка на превращения липтобиолитового угля в сверхкритической воде
6.5. Сравнительный анализ результатов гидрирования битума, асфальтита и угля
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

на рис. 2.1. Порядок проведения экспериментов был следующий. Девяносто грамм угля, основную массу которого составляли пластинчатые частицы размером 1-3 мм, засыпали в реактор на перегородку из пористой нержавеющей стали, установленную на высоте 70 мм от дна вертикально расположенного реактора. Расстояние от верхней границы слоя угля до верхнего торца реактора составляло 300 мм. После герметизации реактора все системы установки вакуумировали и включили нагрев реактора и теплообменника.
Рис. 2.1. Схема экспериментальной установки: емкость с дистиллированной водой (7); плунжерный насос НДР-400 (2); манометр (3); демпферные емкости (4); расходомер (5); термопары (6); теплообменник (7); нагревательные элементы (§); мембранные датчики давления (9); реактор (70); съемный коллектор жидких продуктов объемом 0.5 дм3 (77); ванна со льдом воды (72); стационарный коллектор летучих продуктов объемом 3.2 дм3 (72); вакуумный блок масс-спектрометрической диагностики (74); форвакуумный насос (75).
На рис. 2.2, где схематично показана временная зависимость изменения рабочих параметров конверсии угля, видно, что после 45 минутного нагрева температура реактора и теплообменника достигла 300°С. С этого момента времени в реактор через теплообменник стали подавать пар воды, а скорость синхронного нагрева реактора и теплообменника установили равной д=1°С/мин. При 330°С, когда давление в реакторе достигло величины 10 МПа, открыли вентиль регулируемого стока реактантов через верхний торец реактора в съемный охлаждаемый льдом воды коллектор жидких продуктов (КМ).5 дм3). Одновременно открыли вентиль, соединяющий коллектор жидких продуктов с коллектором летучих продуктов (V-3.2 дм3). В момент начала стока реактантов из реактора расход пара воды был установлен равным 0у=4 г/мин.
За время повышения температуры до 370°С давление в реакторе равномерно увеличили до 18 МПа. При Г=370°С, 7>=18 МПа, г/мин скорость стока реактантов увеличили настолько, что за 2 мин давление в реакторе упало до 7ф=10 МПа (рис.